陳科屹，張會(huì)儒*，雷相東，婁明華，王全軍，毛建國

(1.中國林業(yè)科學(xué)研究院資源信息研究所，北京 100091； 2.寧波市農(nóng)業(yè)科學(xué)研究院，浙江 寧波 315040；3.吉林省汪清林業(yè)局，吉林 汪清 133200)

基于目標(biāo)樹經(jīng)營的撫育采伐對(duì)云冷杉針闊混交林空間結(jié)構(gòu)的影響

陳科屹1，張會(huì)儒1*，雷相東1，婁明華2，王全軍3，毛建國3

(1.中國林業(yè)科學(xué)研究院資源信息研究所，北京 100091； 2.寧波市農(nóng)業(yè)科學(xué)研究院，浙江 寧波 315040；3.吉林省汪清林業(yè)局，吉林 汪清 133200)

目的以長白山林區(qū)云冷杉針闊混交林為研究對(duì)象，分析目標(biāo)樹撫育采伐前后云冷杉針闊混交林空間結(jié)構(gòu)參數(shù)的變化，探索目標(biāo)樹撫育采伐對(duì)森林空間結(jié)構(gòu)的影響。方法基于6塊面積1 hm2的樣地，首先遵循近自然森林經(jīng)營的原理進(jìn)行林木分類，選定目標(biāo)樹，伐除干擾樹；再結(jié)合結(jié)構(gòu)化森林經(jīng)營的原理，計(jì)算并分析撫育采伐前后目標(biāo)樹空間結(jié)構(gòu)參數(shù)和林分空間結(jié)構(gòu)評(píng)價(jià)指數(shù)的變化。結(jié)果表明：經(jīng)目標(biāo)樹撫育采伐后(1)目標(biāo)樹空間結(jié)構(gòu)單元內(nèi)的樹種隔離程度得到進(jìn)一步提高；林木透光條件有所改善；目標(biāo)樹的競爭壓力得以減??；林木空間分布格局總體上得到優(yōu)化。(2)林分空間結(jié)構(gòu)評(píng)價(jià)指數(shù)進(jìn)一步提高，林分空間結(jié)構(gòu)水平穩(wěn)中有升。結(jié)論通過采取合理的目標(biāo)樹撫育采伐措施能兼顧改善單木水平和林分水平的空間結(jié)構(gòu)狀況，在實(shí)現(xiàn)優(yōu)化目標(biāo)樹空間結(jié)構(gòu)的同時(shí)，保證林分整體空間結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定。從目標(biāo)樹撫育采伐對(duì)林分整體空間結(jié)構(gòu)的影響來看：所有樣地的林分空間結(jié)構(gòu)狀況均得到進(jìn)一步改善。

目標(biāo)樹經(jīng)營；撫育采伐；云冷杉；空間結(jié)構(gòu)；評(píng)價(jià)指標(biāo)

Abstract:[Objective]The aim of this study is to provide the guidance and reference for formulating forest management measures and completing the system of effectiveness evaluation of forest management by analyzing the change of crop tree before and after the thinning based on the crop tree management. [Method]According to the theory of close-to-nature forest management, the crop trees were selected and interference trees were fell based on 6 Spruce-fir mixed forest sample plots each in a area of 1 hm2. The change of the spatial structure parameters of crop trees and evaluation index of the stand spatial structure were computed and analyzed after combining the theory of structure-based forest management. [Result](1) The isolation degree of species within the spatial structure unit was further improved; the light conditions of forest got better; the pressure of competition of crop tree was reduced; on the whole, the spatial distribution pattern was optimized. (2) The evaluation index of the stand spatial structure was further improved and the level of stand spatial structure showed the trend of steadily. [Conclusion]The thinning based on the crop tree management can realize the objective of optimizing the spatial structure of crop tree and keep the stabilization of the stand spatial structure. That means that it can accomplish the specific objective of optimizing the growing space of crop tree under the premise that the status of stands spatial structure are not destroyed and the level of stands spatial structure is not lower. The thinning can create more room for promote the economic benefits and ecological benefits of forest. It can provide a reference to the accurate culture and management of similar forest in Changbaishan Mountain regions and the monitoring and evaluation of the effect of forest management.

Keywords：crop tree management; thinning; spruce-fir; spatial structure; evaluating indicator

近自然森林經(jīng)營能充分利用自然規(guī)律和自然力，減輕森林經(jīng)營中的盲目性和無謂消耗，實(shí)現(xiàn)森林在多個(gè)方面及多重效益上的可持續(xù)經(jīng)營[1-2]。目標(biāo)樹經(jīng)營是實(shí)現(xiàn)近自然森林經(jīng)營的重要途徑，它是一種通過降低相鄰木之間冠層競爭、增加目標(biāo)樹生長空間從而實(shí)現(xiàn)提高單株木質(zhì)量的營林技術(shù)[3-4]。目標(biāo)樹經(jīng)營將林分中所有的林木分為目標(biāo)樹、干擾樹、特殊目標(biāo)樹和一般林木。其核心技術(shù)之一就是確定目標(biāo)樹、伐除干擾樹，釋放生長空間。目前這項(xiàng)技術(shù)在世界各地已經(jīng)展開了廣泛的研究和應(yīng)用[5]。在此背景下探索目標(biāo)樹撫育采伐對(duì)森林產(chǎn)生的影響就自然成為了后續(xù)研究的方向之一。

常規(guī)撫育采伐對(duì)森林的影響早已開展過大量的研究，這些影響主要是基于對(duì)傳統(tǒng)森林功能的評(píng)價(jià)展開的，如撫育采伐對(duì)蓄積量、生長量等的影響[6-13]。從目標(biāo)樹經(jīng)營的角度探索撫育采伐對(duì)森林的影響也開展了部分研究，但仍然多以在傳統(tǒng)評(píng)價(jià)指標(biāo)的基礎(chǔ)上展開的分析[14-18]，鮮有從空間結(jié)構(gòu)的角度分析目標(biāo)樹撫育采伐在目標(biāo)樹水平以及林分水平上的影響，而目標(biāo)樹經(jīng)營的關(guān)鍵之處就在于給選定的目標(biāo)樹創(chuàng)造良好的生長空間。其次，傳統(tǒng)評(píng)價(jià)指標(biāo)的變化往往需要經(jīng)歷一定的時(shí)間才能夠體現(xiàn)，而以空間結(jié)構(gòu)特征分析展開的森林狀態(tài)評(píng)價(jià)能夠及時(shí)反映森林經(jīng)營的效果，以便及時(shí)掌握并修正林分中不合理的情況，有效避免由于經(jīng)營措施不當(dāng)造成不可挽回的損失[19]。此外，近年來部分學(xué)者對(duì)一些林分結(jié)構(gòu)指標(biāo)進(jìn)行了修正和改進(jìn)，為林分結(jié)構(gòu)定量化分析提供了更為合理的方法。有鑒于此，本文以長白山林區(qū)云冷杉針闊混交林為研究對(duì)象，從空間結(jié)構(gòu)的角度分析基于目標(biāo)樹經(jīng)營的撫育采伐對(duì)森林空間結(jié)構(gòu)產(chǎn)生的影響，以期為更加合理的開展森林經(jīng)營活動(dòng)，避免和減小損失提供指導(dǎo)；同時(shí)也能為完善森林經(jīng)營成效監(jiān)測和評(píng)價(jià)體系提供參考依據(jù)。

1 研究區(qū)概況

2 材料與方法

2.1數(shù)據(jù)來源

在研究區(qū)設(shè)置6塊面積1hm2(100m×100m)的固定樣地，檢尺所有胸徑在5cm以上林木的特征值，包括樹種、胸徑、樹高、枝下高、冠幅等因子。按相鄰格子法將樣地劃分成100個(gè)10m×10m的小樣方，并用皮尺測定每株林木的空間位置信息。根據(jù)主林層優(yōu)勢樹種(組)林木生長情況及對(duì)應(yīng)樹種生長過程表得知，該研究區(qū)樣地內(nèi)林分處于中齡林到近熟林的階段。各樣地基本信息見表1。在進(jìn)行空間結(jié)構(gòu)分析時(shí)，為了消除邊緣效應(yīng)，將標(biāo)準(zhǔn)地內(nèi)距各邊界5m之內(nèi)的范圍確定為緩沖區(qū)，其余部分為核心區(qū)。核心區(qū)內(nèi)的林木全部作為對(duì)象木計(jì)算空間結(jié)構(gòu)參數(shù)，緩沖區(qū)內(nèi)部的林木僅作為相鄰木，不參與空間結(jié)構(gòu)參數(shù)統(tǒng)計(jì)[21]。選擇對(duì)象木周圍最近的4株林木作為鄰近木組建最小空間結(jié)構(gòu)單元，據(jù)此計(jì)算相關(guān)空間結(jié)構(gòu)參數(shù)[22]。

表1 樣地基本概況

2.2分析方法

2.2.1林木分類原則 按照目標(biāo)樹經(jīng)營作業(yè)體系的方法，對(duì)樣地內(nèi)所有單株林木進(jìn)行林木分類，分為目標(biāo)樹、干擾樹、特殊目標(biāo)樹和一般林木4類[2]。目標(biāo)樹是林分中生活力旺盛、干形通直完滿、沒有明顯損傷和病蟲害痕跡的實(shí)生林木；影響目標(biāo)樹生長的林木視為干擾樹；對(duì)森林生態(tài)系統(tǒng)具有重要生態(tài)意義的林木記為特殊目標(biāo)樹；其余林木皆視為一般林木。各樣地林木分類情況見表2。其中，干擾樹是此次撫育采伐的主要對(duì)象，采伐前后林木分布格局的示意圖見圖1。值得注意的是，在進(jìn)行目標(biāo)樹的選定過程中要盡量使林分內(nèi)林木的分布適當(dāng)均勻，而且選定的樹種盡可能是鄉(xiāng)土樹種或頂級(jí)樹種，包括紅松、云杉、冷杉、落葉松、水曲柳、椴樹等；其次，部分樹冠在目標(biāo)樹以下的下層冠級(jí)的競爭木不記作干擾樹。再次，部分林木可能同時(shí)屬于目標(biāo)樹和特殊目標(biāo)樹，如紅松、水曲柳、紅豆杉。

表2 各樣地林木類型分類情況

圖1 林木點(diǎn)格局示意圖Fig.1 The location map of point pattern of tree

2.2.2 林分空間結(jié)構(gòu)評(píng)價(jià)指數(shù)計(jì)算 本研究采用的空間結(jié)構(gòu)評(píng)價(jià)指數(shù)是在曹小玉等[23]提出的林分空間結(jié)構(gòu)指數(shù)的基礎(chǔ)上進(jìn)行的修改，它是基于乘除法的基本思想對(duì)全混交度、開敞度、林層指數(shù)、大小比數(shù)、交角競爭指數(shù)和角尺度6個(gè)指標(biāo)進(jìn)行的多目標(biāo)規(guī)劃；但在研究中發(fā)現(xiàn)，部分指標(biāo)存在一些問題。首先，大小比數(shù)和交角競爭指數(shù)均反映了空間結(jié)構(gòu)單元中對(duì)象木所處的競爭優(yōu)劣度，兩者存在信息重疊；其次，大小比數(shù)是用于說明林分內(nèi)某一種群情況的指標(biāo)，不能用于反映林分整體的平均水平，因?yàn)榇笮”葦?shù)是通過對(duì)象木與相鄰木之間的對(duì)比關(guān)系計(jì)算所得的，這導(dǎo)致不同林分的平均大小比數(shù)值始終在0.5左右徘徊。再次，金溝嶺林場地處溫帶地區(qū)，相比于南方亞熱帶、熱帶地區(qū)，其林層結(jié)構(gòu)較為簡單。因此，林層指數(shù)在本次研究中提供的信息不僅十分有限，而且存在信息干擾的風(fēng)險(xiǎn)。最后，全混交度雖然在簡單混交度基礎(chǔ)上進(jìn)行了改進(jìn)，但其最大取值不為1，這不僅不能準(zhǔn)確表述林分中具有終極理想混交狀況的林木，且不利于不同林木隔離程度的橫向比較。因此，用全混交度計(jì)算的值存在缺陷。有鑒于此，在本次研究中使用的空間結(jié)構(gòu)評(píng)價(jià)指數(shù)不考慮大小比數(shù)和林層指數(shù)2個(gè)指標(biāo)，以減少信息冗余。用基于相鄰木排列關(guān)系的混交度替代全混交度，以便提供完整的相關(guān)信息。其計(jì)算公式如下：

(1)

式中：Mpi、Ki、CIHi和Wi分別為基于相鄰木排列關(guān)系的混交度、開敞度、基于交角的競爭指數(shù)和角尺度，在下文中均列出了具體的計(jì)算公式。σMp、σK、

σCIH和σW分別為上述4個(gè)指標(biāo)的標(biāo)準(zhǔn)差。

此外，為了直觀地比較目標(biāo)樹撫育采伐前后林分空間結(jié)構(gòu)評(píng)價(jià)指數(shù)的變化，采用歸一化方法將指數(shù)值轉(zhuǎn)化成[0,1]之間的無量綱數(shù)值，其值越接近1表明林分的空間結(jié)構(gòu)狀態(tài)越接近理想的林分結(jié)構(gòu)。其計(jì)算公式如下：

(2)

2.2.3 樹種隔離程度計(jì)算 本文采用基于相鄰木排列關(guān)系的混交度，描述樹種間的相互隔離程度，計(jì)算公式如下[24]：

(3)

式中：n為空間結(jié)構(gòu)單元中最近相鄰木株數(shù)，vij為對(duì)象木i與最近相鄰木j的樹種異同數(shù)，不同時(shí)vij=1，反之，vij=0；vj,,j+1為相鄰最近相鄰木的樹種異同數(shù)，不同時(shí)vj,j+1=1，反之，vj,j+1=0，規(guī)定vn,n+1=vn,1；令uj=vj,j+1，當(dāng)且僅當(dāng)相鄰2個(gè)uj值都等于零時(shí)，uj,j+1=0；反之，uj,j+1=1，規(guī)定un,n+1=un,1；ni為最近鄰木的樹種數(shù)，Mpi為林木點(diǎn)混交度，Mpi∈[0,1]。將Mpi的取值劃分為0，(0，0.25 ]，(0.25，0.5]，(0.5，0.75]，(0.75，1]5個(gè)區(qū)間，分別對(duì)應(yīng)零度、弱度、中度、強(qiáng)度和極強(qiáng)度混交5個(gè)隔離程度。

2.2.4 林木透光條件計(jì)算 本文采用開敞度，反映林木透光條件的優(yōu)劣，計(jì)算公式為[25]：

(4)

式中：Dij為對(duì)象木i與第n株鄰近木j的水平距離；Hij為鄰近木j的樹高。Ki∈(0，+∞]，將開敞度的取值劃分為(0，0.2]，(0.2，0.3]，(0.3，0.4]，(0.4，0.5]，(0.5，+∞)5個(gè)區(qū)間，分別對(duì)應(yīng)生長空間的5個(gè)狀態(tài)：嚴(yán)重不足、不足、基本充足、充足和很充足。

2.2.5 林木競爭狀況計(jì)算 本文采用基于交角的林木競爭指數(shù)，描述林木個(gè)體承受壓力的大小，計(jì)算公式如下[26]：

(5)

式中：

其中，CIHi為競爭指數(shù)，Hi為對(duì)象木的樹高，Hj為相鄰木的樹高，Lij為對(duì)象木與相鄰木之間的距離，n為結(jié)構(gòu)單元內(nèi)相鄰木的株樹。CIH∈[0,1)，數(shù)值越大，表明林木所承受的競爭壓力越大。

2.2.6 林木空間分布格局計(jì)算 本文采用角尺度值反映林木的空間分布格局。首先采用角尺度法計(jì)算對(duì)象木的角尺度值，再用顯著性檢驗(yàn)方法判斷林木的水平分布格局。角尺度計(jì)算公式為[27]：

(6)

顯著性檢驗(yàn)的計(jì)算公式為[28]：

(7)

3 結(jié)果與分析

3.1林木分類情況

由圖1可知：選定的目標(biāo)樹在各樣地中分布較為廣泛，符合設(shè)計(jì)的要求。由表2可知：最終各樣地內(nèi)確定的目標(biāo)樹的株數(shù)皆在100株左右，均未超過樣地林木總株數(shù)的20%，并且其平均胸徑和平均樹高在各林木類型中皆為最優(yōu)，表明選定的目標(biāo)樹多為優(yōu)勢木或主林層中的個(gè)體，結(jié)果符合目標(biāo)樹經(jīng)營對(duì)目標(biāo)樹的擇木原則和密度控制。各樣地干擾樹株數(shù)比重在6%以內(nèi)，蓄積采伐強(qiáng)度未超過10%。這一結(jié)果與林分的特征要求相符，該樣地林分屬于過伐林，并經(jīng)歷了一段時(shí)期的恢復(fù)，較次生林偏離原始林林分結(jié)構(gòu)的程度低，宜采取低強(qiáng)度的撫育采伐經(jīng)營活動(dòng)。干擾樹也同樣具有較大的平均胸徑和較高的平均樹高，這是由于對(duì)目標(biāo)樹形成干擾的林木通常與目標(biāo)樹的大小接近或者更高更大，而低矮林木對(duì)目標(biāo)樹不構(gòu)成干擾或者干擾極小。特殊目標(biāo)樹的特征在數(shù)據(jù)上表現(xiàn)為具有較大的平均胸徑，而平均樹高卻較低。這是由于特殊目標(biāo)樹的選定通常不考慮干形和生活力，主要關(guān)注林木所提供的生態(tài)服務(wù)價(jià)值。因此，該類林木通常包括部分特殊的成過熟林木，其干形彎曲嚴(yán)重，經(jīng)濟(jì)價(jià)值較低，但能增加林木混交、保持樹種結(jié)構(gòu)與生物多樣性。經(jīng)初步分析來看，本次研究的林木分類效果較為理想，符合近自然經(jīng)營的理論原理。

3.2林木空間結(jié)構(gòu)變化情況

目標(biāo)樹經(jīng)營的重點(diǎn)對(duì)象是在林分中依據(jù)林木分類原則所確立的目標(biāo)樹，撫育采伐主要是圍繞改善目標(biāo)樹的生長環(huán)境而展開的，本研究將從樹種隔離程度、林木透光條件、林木競爭狀況、林木空間分布格局4個(gè)方面對(duì)撫育前后目標(biāo)樹的生長環(huán)境變化情況進(jìn)行分析。特殊目標(biāo)樹雖然不是經(jīng)營的主要對(duì)象，但它在生態(tài)功能方面對(duì)整個(gè)森林生態(tài)系統(tǒng)具有重要作用，是林分內(nèi)不可缺少的輔助林木，需要加以一定的保護(hù)，因此可從林木透光條件和林木競爭狀況2個(gè)方面進(jìn)行分析。

3.2.1樹種隔離程度 由表3可知:通過目標(biāo)樹撫育采伐使得各樣地目標(biāo)樹的平均混交度得到了不同程度的提升，均向著更為理想的混交狀態(tài)進(jìn)一步靠近。其中，3號(hào)樣地提升效果最為明顯，其值從0.7397提升到0.7725，混交狀況已提升為極強(qiáng)度混交。該研究區(qū)在上個(gè)世紀(jì)不同時(shí)期經(jīng)歷過幾次高強(qiáng)度的采伐，使原本以紅松-云杉-冷杉為主的原始林林分結(jié)構(gòu)遭到破壞；但與此同時(shí)，產(chǎn)生的大片林窗也為林木天然更新創(chuàng)造了優(yōu)良條件，尤其是許多喜陽闊葉樹種獲得了較好的生長機(jī)會(huì)，豐富了林分內(nèi)的樹種組成，這使得研究區(qū)保持著較好的混交狀況。目標(biāo)樹撫育采伐所確定的采伐木是依據(jù)目標(biāo)樹而選定的，在該研究區(qū)采伐木通常是目標(biāo)樹或干擾樹的同種樹種。這是因?yàn)檠芯繀^(qū)林分內(nèi)的采伐木大部分屬于以下兩類情況：一類是與目標(biāo)樹同一時(shí)期更新發(fā)育起來在后期對(duì)目標(biāo)樹的生長產(chǎn)生干擾的樹，而在經(jīng)高強(qiáng)度采伐后遺留的林窗內(nèi)更新發(fā)育起來的林木通常表現(xiàn)為同種林木團(tuán)狀分布。另一類是較目標(biāo)樹生長發(fā)育更早的樹，這種情況下生長起來的目標(biāo)樹很有可能是當(dāng)年干擾樹就近天然下種的結(jié)果。因此，選擇的采伐木通常與目標(biāo)樹或干擾樹屬同種樹種，采伐后形成的新空間結(jié)構(gòu)單元內(nèi)的樹種異質(zhì)性提高，樹種隔離程度也就更高。

表3 目標(biāo)樹平均混交度變化情況

3.2.2 林木透光條件 由表4可知:采伐前各樣地目標(biāo)樹平均開敞度值均未超過0.25，其中值最高的6號(hào)樣地也僅為0.246 5，均屬于生長空間不足的狀況。經(jīng)目標(biāo)樹撫育采伐后，各樣地目標(biāo)樹開敞度均得到一定程度的提升，絕大部分樣地內(nèi)其值超過了0.25。其中，值最高的是6號(hào)樣地，為0.266 2。特殊目標(biāo)樹的平均開敞度值整體上低于目標(biāo)樹的平均開敞度值，經(jīng)目標(biāo)樹撫育采伐后，其透光條件也得到了一定的改善。單從數(shù)值上看，目標(biāo)樹撫育采伐后并沒有將目標(biāo)樹和特殊目標(biāo)樹的平均開敞度值提升到更高層級(jí)。究其原因，這是由于研究區(qū)具體的林分結(jié)構(gòu)、所處的演替階段和撫育采伐強(qiáng)度共同決定的。研究區(qū)林分整體上處于由中齡林過渡到近熟林的階段，主林層中針葉樹種占有優(yōu)勢，且在各林層中均占有一定比重，林分結(jié)構(gòu)相對(duì)穩(wěn)定，林分郁閉度保持在中度偏高的水平。其次，根據(jù)目標(biāo)樹經(jīng)營的經(jīng)驗(yàn)來看，類似研究區(qū)的異齡結(jié)構(gòu)林分其目標(biāo)樹的密度應(yīng)控制在100株·hm-2左右，這在一定程度上決定了各樣地中撫育采伐的強(qiáng)度不會(huì)太大。雖然鑒于上述兩點(diǎn)原因，目標(biāo)樹和特殊目標(biāo)樹的透光條件改善效果在數(shù)值上不會(huì)表現(xiàn)的十分明顯，但數(shù)值的變化仍然體現(xiàn)出目標(biāo)樹撫育采伐在此方面的積極作用。

表4 目標(biāo)樹和特殊目標(biāo)樹平均開敞度變化情況

3.2.3 林木競爭狀況 由表5可知：撫育采伐前各樣地目標(biāo)樹的平均競爭指數(shù)均不到0.1，保持在極低的水平，說明其承受的平均競爭壓力極小。這是由于目標(biāo)樹通常是林分中健康高大的林木，因此競爭力較強(qiáng)。經(jīng)目標(biāo)樹撫育采伐后，其效果雖不如上述兩類指標(biāo)展現(xiàn)出明顯的規(guī)律性，但仍然能反映出整體規(guī)律。經(jīng)采伐后，2、3、4和6號(hào)樣地的目標(biāo)樹平均競爭指數(shù)值得以進(jìn)一步下降，表明目標(biāo)樹的競爭壓力得以進(jìn)一步減小。各樣地內(nèi)特殊目標(biāo)樹的平均競爭指數(shù)在撫育前后的變化情況較為一致，經(jīng)目標(biāo)樹撫育采伐后其值均得以降低，表現(xiàn)出較好的優(yōu)化效果；而1號(hào)和5號(hào)樣地的目標(biāo)樹平均競爭指數(shù)在經(jīng)過撫育采伐后反而變的更大，但這并不能因此得出這兩塊樣地目標(biāo)樹的競爭壓力在撫育采伐后變大的結(jié)論，此時(shí)必須結(jié)合整個(gè)林分的情況進(jìn)行綜合性分析。因?yàn)樵趽嵊煞ズ?，重新?gòu)建的最小空間結(jié)構(gòu)單元在尋找鄰近木時(shí)存在一定的偶然性，即新的鄰近木可能比原有的鄰近木更高大，計(jì)算出的競爭指數(shù)也更大，從而極易造成誤判。結(jié)合1號(hào)和5號(hào)樣地林分整體的水平來看，目標(biāo)樹撫育采伐依然起著積極作用。因此，總的來看，撫育采伐后目標(biāo)樹和特殊目標(biāo)樹的林木競爭狀況均得到進(jìn)一步改善。

3.2.4 林木空間分布格局 由表6可知， 1、2、3和6號(hào)樣地目標(biāo)樹的分布格局在撫育采伐前后均沒有發(fā)生變化，而4號(hào)和5號(hào)樣地則有所改變。4號(hào)樣地目標(biāo)樹的分布格局由聚集轉(zhuǎn)變?yōu)殡S機(jī)，5號(hào)樣地目標(biāo)樹的分布格局由隨機(jī)轉(zhuǎn)變?yōu)榫奂?。由此可見，目?biāo)樹撫育采伐對(duì)目標(biāo)樹林木空間分布格局的影響具有一定的不確定性。撫育采伐前后均沒有出現(xiàn)均勻分布的格局，這也再次驗(yàn)證了該研究區(qū)天然林的林分結(jié)構(gòu)特征以及經(jīng)高強(qiáng)度采伐后林木更新多發(fā)生在林窗內(nèi)的綜合結(jié)果。表7反映的是采伐前后目標(biāo)樹在不同角尺度水平的頻數(shù)分布變化情況，從中可以看出目標(biāo)樹撫育采伐的積極作用。進(jìn)行林分結(jié)構(gòu)改造的期望結(jié)果是，目標(biāo)樹出現(xiàn)在“0”和“1”這類極端角尺度值的頻數(shù)越小越好，盡可能多的分布在“0.5”周圍。由表7可知：經(jīng)目標(biāo)樹撫育采伐后，3號(hào)樣地中已經(jīng)沒有角尺度值為“0”的目標(biāo)樹。在4號(hào)樣地中，角尺度為“1”的目標(biāo)樹減少了2株，而角尺度為“0.5”的目標(biāo)樹增加了3株。在5號(hào)樣地中，角尺度值為“1”的目標(biāo)樹也得以減少。綜合來看，目標(biāo)樹撫育采伐對(duì)目標(biāo)樹空間結(jié)構(gòu)的影響在總體上呈現(xiàn)出積極作用，但仍具有一定的不確定性。因此，研究目標(biāo)樹空間結(jié)構(gòu)的變化有必要結(jié)合多個(gè)指標(biāo)進(jìn)行全面綜合的分析才能做出科學(xué)判斷。

表5 目標(biāo)樹平均競爭指數(shù)變化情況

表6 目標(biāo)樹分布格局變化情況

表7 目標(biāo)樹角尺度頻數(shù)分布變化情況

3.3林分空間結(jié)構(gòu)評(píng)價(jià)指數(shù)變化情況

在目標(biāo)樹經(jīng)營的體系當(dāng)中，經(jīng)營活動(dòng)始終是圍繞目標(biāo)樹展開的，目標(biāo)樹與周圍鄰近木所構(gòu)成的最小空間結(jié)構(gòu)單元最直接地影響著目標(biāo)樹的生長。因此，目標(biāo)樹的最小空間結(jié)構(gòu)單元的狀況是研究關(guān)注的重點(diǎn)。雖然林分整體特征的平均狀態(tài)不是開展目標(biāo)樹經(jīng)營的主要出發(fā)點(diǎn)和立足點(diǎn)，但卻是整個(gè)經(jīng)營活動(dòng)中必須兼顧的重要環(huán)節(jié)，它會(huì)通過一定的方式直接或間接地影響目標(biāo)樹的生長。從圖2可以看出，經(jīng)目標(biāo)樹撫育采伐后各樣地的林分空間結(jié)構(gòu)評(píng)價(jià)指數(shù)均得以提高。這說明此次以目標(biāo)樹為經(jīng)營對(duì)象的撫育采伐作業(yè)措施，沒有破壞各樣地原有的林分空間結(jié)構(gòu)狀況，甚至使其向著更合理的方向進(jìn)一步靠近。根據(jù)本次目標(biāo)樹撫育采伐后，林分在空間結(jié)構(gòu)方面體現(xiàn)出的初期效應(yīng)來看，是一次較為合理的、成功的經(jīng)營措施。

圖2 林分空間結(jié)構(gòu)評(píng)價(jià)指數(shù)變化情況Fig.2 The change of evaluation index of stand spatial structure

4 討論

本次目標(biāo)樹撫育采伐的經(jīng)營效果從初期效應(yīng)來看是較為合理的，這得益于前期對(duì)林分現(xiàn)狀較為充分的認(rèn)識(shí)以及在此基礎(chǔ)上所制定的科學(xué)經(jīng)營措施。在選定目標(biāo)樹時(shí)，綜合考慮樹種和林木分布兩項(xiàng)因素，盡可能選取鄉(xiāng)土樹種和頂級(jí)樹種作為重點(diǎn)經(jīng)營對(duì)象，使整個(gè)林分的結(jié)構(gòu)保持穩(wěn)定、實(shí)現(xiàn)良性循環(huán)；目標(biāo)樹的分布盡可能均勻地覆蓋整個(gè)樣地，在對(duì)單株林木實(shí)現(xiàn)重點(diǎn)經(jīng)營的同時(shí)兼顧整個(gè)林分的結(jié)構(gòu)優(yōu)化。本次撫育采伐強(qiáng)度控制在10%以下，充分考慮了過伐林的林分結(jié)構(gòu)特征，這既不破壞森林的整體格局，又能為目標(biāo)樹的生長提供更優(yōu)越的空間，還能促進(jìn)林下天然更新、加速幼樹生長。

本研究得出的研究結(jié)論是林分在經(jīng)歷目標(biāo)樹撫育采伐后即時(shí)的空間結(jié)構(gòu)狀況，這也是采用空間結(jié)構(gòu)參數(shù)評(píng)價(jià)林分狀況所體現(xiàn)出的優(yōu)勢之一；但此時(shí)林分體現(xiàn)出的合理結(jié)構(gòu)狀態(tài)僅僅是撫育采伐后林分的初期效應(yīng)，而林分的空間結(jié)構(gòu)是在不斷發(fā)展變化的。理想的初期效應(yīng)是否意味著有利于林分今后長期的生長演替；即使證實(shí)了會(huì)產(chǎn)生積極的長期影響，這種初期效益的紅利會(huì)持續(xù)多長時(shí)間；下一次開展林分空間結(jié)構(gòu)調(diào)整的合理時(shí)間節(jié)點(diǎn)是何時(shí)等問題都值得進(jìn)一步研究。因此，有必要對(duì)林分空間結(jié)構(gòu)的變化趨勢做長期持續(xù)的跟蹤研究。

開展空間結(jié)構(gòu)分析及評(píng)價(jià)的指標(biāo)選取與應(yīng)用均需要考慮具體的研究對(duì)象和研究內(nèi)容。在本次空間結(jié)構(gòu)的研究當(dāng)中，沒有采用在以往文獻(xiàn)中使用率極高的大小比數(shù)這一指標(biāo)，因?yàn)榇笮”葦?shù)僅能用于表達(dá)種群或林分中某類樹種的林木大小分化程度，有學(xué)者將林分中所有單株林木的大小比數(shù)平均值，用于表達(dá)林分水平的林木大小分化程度，這樣的使用方式是不合理的；在森林中開展采伐經(jīng)營活動(dòng)后，用競爭類指標(biāo)分析林木競爭狀況的變化時(shí)需要格外注意，由于最小空間結(jié)構(gòu)單元構(gòu)建的方式使得用競爭類指標(biāo)反映經(jīng)營活動(dòng)對(duì)林木競爭狀況的影響時(shí)極容易產(chǎn)生誤判。如何更合理地選取和應(yīng)用這些指標(biāo)是今后值得著重考慮的問題，因?yàn)樗苯佑绊懽罱K判斷結(jié)果的正確與否。此外，從理論上講，本文所采用的用于計(jì)算空間結(jié)構(gòu)評(píng)價(jià)指數(shù)的各類指標(biāo)對(duì)林分空間結(jié)構(gòu)的貢獻(xiàn)程度是有差別的，如何準(zhǔn)確判定各指標(biāo)貢獻(xiàn)的大小，更精準(zhǔn)的評(píng)價(jià)林分的空間結(jié)構(gòu)狀況也值得進(jìn)一步研究。

5 結(jié)論

從目標(biāo)樹撫育采伐對(duì)目標(biāo)樹最小空間結(jié)構(gòu)單元的影響來看：在樹種隔離程度方面，撫育采伐使得所有樣地中目標(biāo)樹空間結(jié)構(gòu)混交水平得以進(jìn)一步提高，個(gè)別樣地有所突破，達(dá)到了最理想的極強(qiáng)度混交狀態(tài)，積極作用效果顯著；在林木透光條件方面，雖然受限于林分結(jié)構(gòu)、演替階段和采伐強(qiáng)度的影響，但撫育采伐對(duì)改善空間結(jié)構(gòu)單元內(nèi)透光條件的積極作用依然較為明顯；在林木競爭狀況方面，需要參考林分的整體變化情況做出判別，整體上仍然體現(xiàn)出了積極的作用；在林木空間分布格局方面，撫育采伐前后對(duì)目標(biāo)樹產(chǎn)生積極影響的可能性更大。從目標(biāo)樹撫育采伐對(duì)林分整體空間結(jié)構(gòu)的影響來看：所有樣地的林分空間結(jié)構(gòu)狀況均得到進(jìn)一步改善。即經(jīng)過目標(biāo)樹撫育采伐后，在沒有破壞原有林分空間結(jié)構(gòu)、降低林分空間結(jié)構(gòu)水平的情況下，有針對(duì)性的改善了樣地中目標(biāo)樹的空間結(jié)構(gòu)狀況，達(dá)到了經(jīng)營活動(dòng)的目的。

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(責(zé)任編輯：彭南軒)

EffectofThinningonSpatialStructureofSpruce-firMixedBroadleaf-coniferForestBaseonCropTreeManagement

CHENKe-yi1,ZHANGHui-ru1,LEIXiang-dong1,LOUMing-hua2,WANGQuan-jun3,MAOJian-guo3

(1.Research Institute of Forest Resources Information Techniques, Chinese Academy of Forestry, Beijing 100091,China; 2.Ningbo Academy of Agricultural Sciences, Ningbo 315040, Zhejiang, China; 3.Wangqing Forestry Bureau, Wangqing 133200, Jilin, China)

S718.54

A

1001-1498(2017)05-0718-09

10.13275/j.cnki.lykxyj.2017.05.003

2016-12-10

國家林業(yè)局林業(yè)公益性行業(yè)科研專項(xiàng)(201404309)。

陳科屹(1989—)，男，博士研究生，主要研究方向：森林可持續(xù)經(jīng)營. E-mail:Lowrychen@sina.com

* 通訊作者：張會(huì)儒(1964—)，男，研究員，博導(dǎo)，主要研究方向：森林可持續(xù)經(jīng)營等. E-mail: huiru@caf.ac.cn